四层电梯毕业论文.doc 47页

'郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期： 摘要电梯在国民经济和生活中有着广泛的应用。电梯已成为重要的运输设备之一。国内传统的电梯控制是由继电器、接触器构成的。它不仅存在着可靠性差、成本高、故障率高等缺点,而且在层数增加时,配线变化给制造及安装带来诸多不便。用PLC实现对电梯电气系统的控制，大大的提高了系统控制的优越性，降低了成本，减小电气控制系统的的故障率。该课题的设计任务利用可编程控制器（PLC）进行电梯的电气系统的控制，该课题的设计思路是采用逻辑控制原理，根据控制的要求和电梯自身的运输规律，响应随机的外部呼叫信号。经过设计分析，选用三菱FX2N型PLC实现货运电梯电气控制系统的整个程序设计的过程,并主要阐述了三个方面：系统的控制要求、系统配置、软件设计。本系统的核心控制部分采用的是软件程序控制，从而在保证电梯正常运行这个要求的情况下，大大的提高了电梯故障检查与维修的方便性和容易性，同时还克服了手动操作所带来的一些人为干扰因素，取得了良好的预期效果。关键词：电梯；PLC；控制系统；设计43 ABSTRACTElevatoriswidelyappliedinthenationaleconomyandlife.Theelevatorhasbecomeoneoftheimportanttransportequipment.Traditionaldomesticelevatorcontroliscomposedofarelay,contactor.Itisnotonlytheexistenceofpoorreliability,highcost,highfailurerateandshortcomings,butalsoinlayersincreases,changestothewiringandinstallationofmanufacturinghasbroughtalotofinconvenience.ToachievecontroloftheelevatorelectricalsystemwithPLC.Greatlyimprovethesuperiorityofsystemcontrol,reducecost,reducethefaultrateofelectriccontrolsystem.Thesubjectofdesigntasksusingtheprogrammablecontroller(PLC)forelectricalcontrolfreightelevator,thesubjectofdesignthinkingisthelogiccontrolprinciple,accordingtothetransportrulecontrolrequirementsanditsownelevator,inresponsetorandomexternalcallsignal.Throughthedesignanalysis,selectionofMitsubishiFX2NtypePLCelectriccontrolsystemoffreightelevatorsthroughoutthedesignprocess,andmainlydiscussesthreeaspects:therequirementsofthecontrolsystem,configuration,systemsoftwaredesign.Thecorecontrolpartoftheuseofthesoftwareprogramcontrol,inordertoensurethenormaloperationoftheelevator,therequirementsofthesituation,greatlyimprovetheelevatorfaultinspectionandrepairconvenienceandeasy,butalsoovercomessomebroughtbymanualoperationofhumandisturbancefactors,theexpectedresultshadagoodeffect.Keywords：elevator;PLC;controlsystem;design43 目录第1章绪论11.1电梯的发展背景11.2电梯的基本结构21.3电梯的工作原理3第2章可编程控制器的简介52.1PLC的产生与发展52.2PLC的特点62.3PLC的基本结构8第3章可编程控制器的机型选用123.1基于PLC的电梯电气控制系统的分析123.2输入输出分配133.3机型的确定13第4章硬件和软件设计144.1电梯的曳引电机及门电机电路图144.2PLC接线图154.3程序流程图164.4程序语句17第5章程序运行285.1电梯安装调试285.2程序的调试与运行监控285.3PLC运用注意事项295.4PLC控制系统的外部干扰30参考文献32致谢3443 第1章绪论1.1电梯的发展背景电梯进入人们的生活已经150年了。一个半世纪的风风雨雨，翻天覆地的是历史的变迁，永恒不变的是电梯提升人类生活质量的承诺。1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们。”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯[1]。人类利用升降工具运输货物、人员的历史非常悠久。早在公元前2600年，埃及人在建造金字塔时就使用了最原始的升降系统，这套系统的基本原理至今仍无变化,即一个平衡物下降的同时，负载平台上升。早期的升降工具基本以人力为动力。1203年，在法国海岸边的一个修道院里安装了一台以驴子为动力的起重机，这才结束了用人力运送重物的历史。英国科学家瓦特发明蒸汽机后，起重机装置开始采用蒸汽为动力。紧随其后，威廉·汤姆逊研制出用液压驱动的升降梯，液压的介质是水。在这些升降梯的基础上，一代又一代富有创新精神的工程师们在不断改进升降梯的技术。然而，一个关键的安全问题始终没有得到解决，那就是一旦升降梯拉升缆绳发生断裂时，负载平台就一定会发生坠毁事故[2]。奥的斯先生的发明彻底改写了人类使用升降工具的历史。从那以后，搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戏”了，升降梯在世界范围内得到广泛应用。1889年12月，美国奥的斯电梯公司制造出了名副其实的电梯，它采用直流电动机为动力，通过蜗轮减速器带动卷筒上缠绕的绳索，悬挂并升降轿厢。1892年，美国奥的斯公司开始采用按钮操纵装置，取代传统的轿厢内拉动绳索的操纵方式，为操纵方式现代化开了先河。生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。150多43 年来，电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新——手柄开关操纵、按钮控制、信号控制、集选控制、人机对话等等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控；双层轿厢电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势；变速式自动人行道扶梯的出现大大节省了行人的时间；不同外形——三角形、半菱形、半圆形、整圆形的观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。如今，以美国奥的斯公司为代表的世界各大著名电梯公司各展风姿，仍在继续进行电梯新品的研发，并不断完善维修和保养服务系统。调频门控、智能远程监控、主机节能、控制柜低噪音耐用、复合钢带环保——一款款集纳了人类在机械、电子、光学等领域最新科研成果的新型电梯竞相问世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光辉，人们的生活因此变得更加美好[3]。中国最早的一部电梯出现在上海，是美国奥的斯公司于1901年安装的。1932年由美国奥的斯公司安装在天津利顺德酒店的电梯至今还在安全运转着。1951年，党中央提出要在天安门安装一台由我国自行制造的电梯，天津从庆生电机厂荣接此任，四个月后不辱使命，顺利地完成了任务。十一届三中全会后，沐浴着改革开放的春风，我国电梯业进入了高速发展的时期。如今，在我国任何一个城市，电梯都在被广泛应用着。电梯给人们的生活带来了便利，也为我国现代化建设的加速发展提供了强大的保障。1.2电梯的基本结构电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经。机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品。对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点。下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它[4]。(1)曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力，使电梯运行。曳引系统主要由曳引机、曳引钢丝绳，导向轮，反绳轮组成。(2)导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度，使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动。导向系统主要由导轨，导靴和导轨架组成。(3)轿厢43 轿厢是运送乘客和货物的电梯组件，是电梯的工作部分。轿厢由轿厢架和轿厢体组成。(4)门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口。门系统由轿厢门，层门，开门机，门锁装置组成。(5)重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量，在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常。系统主要由对重和重量补偿装置组成。(6)电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力，实行电梯速度控制。电力拖动系统由曳引电动机，供电系统，速度反馈装置，电动机调速装置等组成。(7)电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制。电气控制系统主要由操纵装置，位置显示装置，控制屏(柜)，平层装置，选层器等组成。(8)安全保护系统保证电梯安全使用，防止一切危及人身安全的事故发生。由电梯限速器、安全钳、缓冲器、安全触板、层门门锁、限位开关装置组成[5]。1.3电梯的工作原理电梯的工作原理是由曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。43 电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全[6]。(1)电梯在各服务层站设有层门、轿厢运行方向指示灯、数学显示轿厢、运行位置指层器和召唤电梯按钮。电梯召唤按钮使用时，上楼按上方向按钮，下楼掀按下方向按钮。(2)轿厢到达时，层楼方向指示即显示轿厢的运动方向，乘客判断欲往方向和确定电梯正常后进入轿厢，注意门扇的关闭，勿在层门口与轿厢门口对接处逗留。(3)轿厢内有位置显示器、操纵盘及开关门按钮和层楼选层按钮。进入轿厢后，先按欲往层楼的选层按钮。若要轿厢门立即关闭，可先按关门按钮。轿厢层楼位置指示灯显示抵达层楼并待轿厢门开启后即可离开。43 第2章可编程控制器的简介2.1PLC的产生与发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来[7]。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器[8]。43 自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（GeneralElectric）公司，日本的三菱电机（MitsubishiElectric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等[9]。我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置[10]。2.2PLC的特点PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：(1)可靠性高、抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC43 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：硬件方面：I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。软件方面：PLC采用扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作[11]。(2)编程简单、使用方便目前，大多数PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。同时，PLC编程器的操作和使用也很简单。这也是PLC获得普及和推广的主要原因之一。(3)硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC43 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。(4)易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(5)系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多[12]。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。(6)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备[13]。2.3PLC的基本结构从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。(1)CPU的构成43 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。(2)存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。(3)I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。(4)电源模块PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。(5)底板或机架43 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。(6)PLC系统的其它设备编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及[14]。2.4PLC的工作原理PLC工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1)输入处理阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2)程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。43 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3)输出处理阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出[15]。43 第3章可编程控制器的机型选用3.1基于PLC的电梯电气控制系统的分析在PLC运行过程中，其CPU与各设备之间的信息交换、用户程序的执行、信号采集、控制量的输出等操作都是按照固定的顺序以循环扫描的方式进行的，每个循环都要对所有功能进行查询、判断和操作。这种顺序和格式不能人为改变。通常一个扫描周期，基本要完成六个步骤的工作，包括运行监视、与编程器交换信息、与数字处理器交换信息、与通讯处理器交换信息、执行用户程序和输入输出接口服务等。在一个周期内，CPU对整个用户程序只执行一遍。这种机制有其方便的一面，但实时性差。过长的扫描时间，直接影响系统对信号响应的效果，在保证控制功能的前提下，最大限度地缩短CPU的周期扫描时间是一个很复杂的问题。一般只能从用户程序执行时间最短采取方法。电梯逻辑控制部分的程序扫描时间已超过10ms，尽管采取了一些减少程序扫描时间的办法，但仍无法将扫描时间降到10ms以下。同时，制动段曲线采用按距离原则，每段距离到的响应时间也不宜超过10ms。为满足系统的实时性要求，在速度曲线的产生方式中，采用中断方法，从而有效地克服了PLC扫描机制的限制[16]。起动加速运行由定周期中断服务程序完成。这种中断不能由程序进行开关，一旦设定，就一直按设定时间间隔循环中断，所以，起动运行条件需放在中断服务程序中，在不满足运行条件时，中断即返回。为保证制动过程的完成，需在主程序中进行制动条件判断和减速点确定。在减速点确定之前，电梯一直处于加速或稳速运行过程中。加速过程由固定周期中断完成，加速到对应模式的最大值之后，加速程序运行条件不再满足，每次中断后，不再执行加速程序，直接从中断返回。电梯以对应模式的最大值运行，在该模式减速点到后，产生高速计数中断，执行减速服务程序。在该中断服务程序中修改计数器设定值的条件，保证下次中断执行[17]。在PLC的内部寄存器中，减速曲线表的数值由大到小排列，每次中断都执行一次“表指针加1操作，则下一次中断的查表值将小于本次中断的查表值。门区和平层区的判断均由外部信号给出，以保证减速过程的可靠性。43 由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号、行程信号进行控制，而楼层和轿厢的呼叫是随机的，因此，系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上，根据随机的输入信号，以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外，轿厢的位置是由脉冲编码器的脉冲数确定，并送PLC的计数器来进行控制。同时，每层楼设置一个接近开关用于检测系统的楼层信号。为便于观察，对电梯的运行方向以及电梯所在的楼层进行显示，采用LED和发光管显示，而对楼层和轿厢的呼叫信号以指示灯显示(开关上带有指示灯)。3.2输入输出分配输入信号有：内呼信号4个，外呼信号6个，开关门信号2个，轿厢平层信号4个，开关门限位2个，上下极限位2个，紧急呼叫信号1个，共计21个。输出信号有：内呼信号指示4个，外呼信号指示6个，轿厢上下行2个，轿厢上下行指示2个，门电机开关2个，轿厢所在楼层指示6个，报警显示1个，共计24个。3.3机型的确定三菱FX2N-48MR-001技术指标合计总数48点－24点输入，DC24V，24点继电器输出；尺寸（mm）：182×87×90。FX2N-48MR-001系列PLC的功能。(1)集成型,高性能CPU,电源,输入,输出四为一体。对6种基本单元，可以以最小8点为单位连接输入输出扩展设备，最大可以扩展输入输出256点。(2)高速运算内置8000步RAM存储器。安装存储盒后，最大可以扩展到16000步。(3)丰富的软元件范围辅助继电器：3072点；定时器：256点；计数器：235点，数据寄存器：8000点[18]。根据PLC机型选择的基本原则，本设计选择了三菱公司FX2N-48-MR-001系列PLC。43 第4章硬件和软件设计4.1电梯的曳引电机及门电机电路图图4.1是交流双速电梯的主电路图。KM1、KM2为电梯上下行电动机正反转接触器，用以实现电梯上、下行控制；KM3、KM4为开关门电动机正反转接触器，用以实现电梯开关门；QS为电动机接线总开关，断开QS开关，电梯停止运行；FU为电梯安全保险盒，当电梯超重运行时，FU1就会断开，确保电梯安全运行。当KM1或者KM2通电吸合时，电梯将进行上行或下行启动，当KM3或KM4通电吸合时，门电机的正反转实现开门和关门动作；在软件的设置当中，必须严格考虑电梯上下行电机和开关门电机的互锁，也就是当电梯上下行动作时必须断开开门电机的动作，当电梯平层时，门电机开启的过程中电梯上下行电机必须被断开，保证乘客安全进出轿厢。图4.1电梯的主电路图43 4.2PLC接线图表4.1为PLC输入输出分配表，图4.2为PLC接线图。X000～X024为输入信号，Y000～Y027为输出信号，其中Y020～Y027分别按顺序接数码管的A～G显示轿厢所在楼层。输入端的公共端COMI接地，输出端的公共端COMⅡ接+24V电源。表4.1输入输出分配表输入输出01层内呼X00001层内呼指示Y00012层内呼X00112层内呼指示Y00123层内呼X00223层内呼指示Y00234层内呼X00334层内呼指示Y00341层外呼上X00441层外呼上指示Y00452层外呼下X00552层外呼下指示Y00562层外呼上X00662层外呼上指示Y00673层外呼下X00773层外呼下指示Y00783层外呼上X01083层外呼上指示Y01094层外呼下X01194层外呼下指示Y01110开门开关X01210电梯上行Y012/KM111关门开关X01311电梯下行Y013/KM2121层平层X01412门电机开Y014/KM3132层平层X01513门电机关Y015/KM4143层平层X01614电梯上行指示Y016154层平层X01715电梯下行指示Y01716开门限位X02016楼层指示Y020～Y02617关门限位X02117警报指示Y02718上极限位X0221819下极限位X0231920紧急呼叫X0242043 图4.2PLC输入输出接线图4.3程序流程图图4.3为电气控制系统的程序流程图。假设电梯停于一楼，则D0中的值为1。此时如果按下三楼向上按钮，则D9中赋值为3。然后就将D9中的值与D0中的值相比较，显然D9大于D0，电梯上行。如果在上行过程中如果按下二楼向上按钮，则先停于二楼，再上行至三楼。如果在上行过程中按下二楼向下按钮，由于是反向信号，所以电梯先去三楼，所有的上行信号均响应以后再响应下行信号。如果按下四楼向下按钮，则电梯完成其他外呼向上信号以后就上行至四楼。电梯到达四楼后，如果同时按下一楼向上按钮、二楼向上按钮、三楼向上按钮，则轿厢首先下行至一楼响应最远反向呼信号。然后再上行至二楼、三楼。43 轿厢停于最后响应的信号所在的楼层外部信号输入轿厢停于某一层存储在D1～D10中存储在D0中在D1～D10中，将第一个得到值的数据存储器中的值与D0中的值进行比较，从而判断上行还是下行。D1～D10大于D0？上行下行首先响应同向向上外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向上信号，若有反向外呼信号，则轿厢上行至最远反向外呼信号所在楼层。首先响应同向向下外呼信号或内呼信号，响应完毕后或在轿厢前方再无同向向下信号，若有反向外呼信号，则轿厢下行至最远反向外呼信号所在楼层。所有输入信已响应完毕？YNYN图4.3程序流程图4.4程序语句43 1.内呼信号输入及存储程序编程思路：以一楼内呼为例，按下X000按钮，则Y000被接通并保持，直到电梯到达一楼时利用X014常闭触点断开Y000。在按下X000的同时D1赋值为1，从而实现存储功能。当Y000失电时，D1和M0、M1、M2被清零。梯形图如图4.4所示。图4.4内呼信号输入及存储程序梯形图43 2.外呼信号输入及存储程序编程思路：以二楼向上外呼信号为例，如果电梯不在二楼，此时按下X006，D7赋值为2，M106得电并保持。如果此时电梯为下行，则M106、Y017常开闭合，Y006得电并且在电梯下降过程中一直保持。如果电梯处于上行阶段，则M106、Y016常开闭合，Y006得电并保持，直到电梯上行到二楼时失电。Y006失电时，D7和M18、M19、M20被清零。梯形图如图4.5所示。43 图4.5外呼信号输入及存储程序梯形图3.轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序编程思路：轿厢停于某层时，该楼层平层开关被接通，为D0赋予对应的值。梯形图如图4.6所示。43 图4.6轿厢停于某层时，所在楼层存于D0并用数码管显示程序梯形图4.比较判断轿厢上下行程序（1）比较程序：下某楼层按钮则将该按钮所对应的数据寄存器中的值与轿厢所在楼层数据寄存器D0中的值进行比较，从而可以判断上下行。（2）判断上下行程序：当D1到D10中任一数据寄存器中的值大于D0中的值，则轿厢上行；当D1到D10中任一数据寄存器中的值小于D0中的值，则轿厢下行。如果当D1到D10中任一数据寄存器中的值既有大于D0的，又有小于D0的，则轿厢上下行以第一次按下按钮所对应的数据寄存器中的值与D0的比较结果而得。梯形图如图4.7所示。43 图4.7比较判断轿厢上下行程序梯形图43 5.补充程序编程思路：电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序。否则一旦轿厢停止上下行，电梯外面的人就无法进入轿厢。梯形图如图4.8所示。图4.8电梯停于某层时，按下当前层外呼信号启动开门程序梯形图6.开关门程序编程思路：电梯未平层时，M30得电，此时手动开关门按钮X012和X013按下均无效，M31和M32不得电。电梯平层时，M33得电，轿厢门打开，延时3S后，自动关闭。程序中C0、C1的重要作用：在程序中C0、C1的作用是保证每次平层时只有一次开关门，防止轿厢一直上升或下降而不执行平层开关门程序，同时也防止电梯一直处于开关门状态。电梯平层以后，按下开门按钮或者开门限位开关被触发则C0得电；按下关门按钮或者关门限位开关被触发并且C0得电时，C1得电。在电梯上升或降价过程中即电梯未平层时C0清零。当电梯平层并且C0被清零时，C1清零。程序运行时，首先开关门一次，所以C0、C1得电。43 梯形图如图4.9所示。43 图4.9开关门程序梯形图7.电梯轿厢上行程序编程思路：在比较判断出轿厢上行以后，执行以下程序。首先是内呼信号，如果电梯在一楼，按下X001则M3接通，此时C1是接通的，所以M40得电并自锁直到轿厢在二楼平层时失电。如果电梯在一楼或二楼，按下X002则M6接通，M41得电并自锁直到轿厢到达三楼时失电。如果电梯在一楼、二楼或三楼，按下X003则M9接通，M42得电并自锁直到轿厢到达四楼时失电。外呼信号上行与内呼信号上行原理相同，只是加上外呼信号之后，需要给外呼信号和内呼信号之间加上互锁。至于最远反向呼功能：如果电梯在一楼，按下二楼向下X005，则M72得电，电梯上行；如果再按下X007，则M72失电，M71得电，电梯到二楼不停下继续上行；如果再按下X011，则M71失电，M70得电，电梯直接运行至四楼。43 需要注意的是：在最远反向呼程序里需要加入内呼信号和外呼信号的互锁。梯形图如图4.10所示。图4.10轿厢上行程序梯形图43 8.轿厢下行程序编程思路和轿厢上行程序一样，梯形图如图4.11所示。图4.11轿厢下行程序梯形图43 第5章程序运行电梯PLC程序应在未带载情况下模拟调试好，在接触器等输出状态正确后，再将电机接上，调试完成后，则进行现场安装，并进行运行运行调试，确定参数，完善程序，最后交付运行使用。5.1电梯安装调试安装调试过程是一个比较复杂且耗时间的过程，首先要确定器件型号，选择器件型号除了要考虑机械设备、电压、电流外，还要考虑经济实用及美观问题。所有的器件都备好后，接下来就是安装，主电路及PLC都装在控制柜内，这就要考虑互相干扰的问题，按钮、指示灯或数码显示也按照同样原则接线，所有的元器件都按照一定的编号安装好后，确保无误后，就可以调试了，由于调试过程中，输入输出点比较多，且完成一个动作所涉及的开关、按钮、输出显示也比较多，所以这里不一一说明，只对程序的运行调试和监控加以说明。5.2程序的调试与运行监控程序的调试及运行监控是程序开发的重要环节，很少有程序一经编制就是完善的，只有经过试运行甚至现场运行才能发现程序中不合理的地方并且进行修改。GX-DeveloperV7.0具有监控功能，可用于程序的调试及监控。如图5.1，图5.2。图5.1程序的调试及监控43 图5.2程序的调试及监控5.3PLC运用注意事项 PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，提高PLC控制系统可靠性。根据设计要求，安装和使用维护中必须引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下工作环境： （1）温度 PLC要求环境温度在0～55℃，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。 （2）湿度 为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 （3）震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 43 （4）空气 避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 （5）电源 PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息[19]。5.4PLC控制系统的外部干扰（1）控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。（2）其他设备或空中强电场通过分布电容的耦合窜入控制系统引起的干扰。（3）邻近的大容量电气设备起动和停机时，因电磁感应引起的干扰。（4）相邻信号线绝缘降低，通过导线绝缘电阻引起的干扰[20]。43 总结在设计本系统之初，我的三菱PLC编程语言知识几乎为空白，特别是编程，除了在上课时学到的一些PLC基本指令外，我对三菱PLC基本指令、功能指令及应用几乎没有什么接触。在老师和同学的帮助下，我首先用了将近一个月的时间对三菱PLC的知识进行了强化补习，然后再根据所学的编程知识，进行了基于PLC的电梯电气控制系统的设计编程。在完成本设计的过程中，我既感受到了面对自己无法解决的问题时的苦恼，也体会到问题最终得以解决时的快乐。同时，也总结了以下一些经验：1.一个详细周密的计划对于完成一项任务的重要性。实际上，我对这次作业着手较早。但由于刚开始时间较松，在学习时就想到哪学到哪，没有认真计划。到后来发现同学们的进度都已经赶上甚至超过我，这才又着急起来，赶紧找经验丰富的同学出主意，制定出详细的计划，这才按时完成了任务。2.学习一门程序语言，实践是最好的方法。我对PLC的学习实际上分为两个阶段。前一阶段为学习语言而学习语言。在这一阶段中，我总有隔雾观花的感觉，学得似是而非。后一阶段边实践边学习，很多前一阶段不甚了了的问题迎刃而解。3.要学会运用互联网工具。互联网是一个具有大量资源的信息宝库，在这次毕业设计中如果没有互联网也许我多花一倍的时间也完不成任务。所以一定要会并善于运用互联网工具。完成这次设计后回过头来看，我的这项作业完成得并不完美。还有很多需要提高和改进的地方。首先，是系统的功能还太单一，有一些实际工作中需要用到的功能在分析时没有考虑进去，也没能实现。其次，是设计过程中时间分配不合理，后期紧张的时间给我的工作带来很大的被动。总之，经过这次毕业设计，我深刻认识到要完成一项任务首先必须有一个详细周密的计划，要有系统的思维方式和方法，对待一个新的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来解决；要勇于实践，在实践中发现和解决问题，要相信自己有解决问题的能力和勇气。43 参考文献[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社,2003.[2]张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术[M].北京：化学工业出版社,2003[3]汪晓光,孙晓瑛.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社,2004.[4]陈立定,电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M].北京：机械工业出版社,2004.[5]张进秋,陈永利,张中民.可编程控制器原理及应用实例[M].北京：机械工业出版社,2004.[6]吴晓君,扬向明.电气控制与可编程控制器应用[M].北京：中国建材工业出版社,2004.[7]吴亦锋.可编程序控制器原理与应用速成[J].福州：福建科学技术出版社,2004.[8]王立权,王宗义,王淑钧，徐伟.可编程控制器原理及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2004.[9]李树雄.可编程序控制器原理及应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社,2003.[10]殷洪义.可编程序控制器选择设计与维护[M].北京：机械工业出版社,2004.[11]齐蓉.最新可编程控制器教程[M].西安：西北工业大学出版社,2000.[12]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例[M].北京：人民邮电出版社.2004.[13]廖常初.以转换为中心的PLC顺序控制[J].电气时代,2004.[14]刘东汉.用PLC应注意的问题[J]﹒电气时代,2004.[15]邱天明.交流控制回路采用小型高阻抗中间继电器需注意的问题[J].电力自动化设备,2004.[16]王丽华,周锋,扬世凤.基于PLC的电梯实时故障监测系统[M].电气传动,2004.[17]罗雪莲.交流双速电梯PLC控制[J].电气时代,2001.[18]宫淑贞.控制器原理及应用[M].人民邮电出版社,2000.[19]方承远.电气控制原理与设计[M].机械工业出版社,2000.43 [20]席晓慧.PLC自动控制系统调试研究[M].机械工业出版社,1999.43 致谢四年的大学生活即将结束，四年中，在各科老师的精心指导下，我掌握了不少的专业知识和实践经验。毕业设计可以说是四年学习的一个总结和体现。在指导老师的热心指导和帮助下，我顺利的完成了这篇毕业设计。她热心的帮助和认真指导深深地感动了我。这篇毕业设计和四年中所有教育过我的老师也是分不开的，没有他们传授的知识，我也不可能顺利地完成这个课题。我无论是在课程学习阶段，还是在论文的选题，资料查询和撰写的每一个环节，无不得到指导老师的悉心指导和帮助。对于较好的完成毕业设计而感到欣慰之余，我要感谢母校，向关心和支持我学习的所有老师和同学们表示真挚的谢意！感谢他们对我的关心和支持！本科毕业设计（论文）开题报告学生姓名学号专业班级指导教师职称单位课题性质设计□论文□课题来源科研□教学□生产□其它□毕业设计（论文）题目43 开题报告（阐述课题的目的、意义、研究现状、研究内容、研究方案、进度安排、预期结果、参考文献等）一、论文研究的目的、意义1、现实意义：指出现实当中存在这个问题，需要去研究，去解决，本课题的研究有什么实际作用。2、理论意义：论文的理论和学术价值。二、研究现状1、国内研究现状：（国内对此课题研究到了什么程度）2、国外研究现状：（国外对此课题研究到了什么程度）三、研究内容此部分即为论文大纲（大纲格式如下：）绪论(论文研究的目的、意义论文研究的内容论文的研究方法)1．。。。。。（只写该标题的名称即可）1．1．。。。1．1．1．。。。。1．2．。。。。1．2．1．。。。。2．1．。。。2．1．1．。。四、研究方案此部分内容为研究方法，即通过何种途径完成本篇论文。如观察法、调查法、实验法、43 经验总结法、个案法、比较研究法、文献资料法等。在介绍方法时简单写一下通过此方法研究出了什么内容。五、进度安排在毕业任务书中有，粘贴过即可。六、预期结果本部分为你的论文预期达到什么程度。（即达到本科毕业论文答辩水平）七、参考文献参考文献的格式一定要写对。1、期刊格式：[序号]主要责任者．文献题名[J]．刊名，年，卷（期）：起止页码．如：[1]周颖，王姣.谈邮政储蓄银行对银行业竞争格局的影响[J].商业时代，2006[2]景玉琴.构建中小企业政策性金融支持体系[J].上海金融学院学报，20042、著作格式：[序号]主要责任者．文献题名[文献类型标识]．出版地：出版者，出版年.起止页码．如：[1]陈晓红.中小企业融资[M]北京.中国金融出版社，20013、报纸文章：[序号]主要责任者.文献题名[N].报纸名，出版日期（版次）．4、电子文献：[序号]主要责任者.电子文献题名[电子文献及载体类型标识].电子文献的出处或可获得地址，发表或更新日期/引用日期（任选）．43 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意□不同意□教研室主任签名：年月日43 电子科技大学毕业设计(论文)成绩考核表题目：教学中心：学生姓名：学号：专业：指导教师：职称：所在单位：43 指导教师意见：签字：年月日评审意见：评阅人：年月日43 答辩意见：答辩小组组长签名：年月日毕业设计（论文）成绩1．设计说明书（论文报告）分总分：（等级：）2．答辩分3．平时成绩分学校意见：年月日1．学生毕业设计（论文）正本存教学中心。2．本表一式两份，一份存入学生档案，一份学校存档。3．此表须用钢笔填写。43 附件2：2008级统招本科生毕业论文(设计)中期检查表（学生用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号目前已完成的任务是否符合任务书要求的进度是否尚需完成的任务能否按期完成任务能不能存在的问题及拟采取的办法存在的问题拟采取的办法对指导教师的建议学生（签名）：年月日43 本科生毕业论文(设计)中期检查表（教师用表）学院检查时间年月日论文题目指导教师学生姓名专业班级学号指导情况指导方式工作进度完成情况提前完成按计划完成延期完成没有完成质量评价（学生前期已完成的工作的质量情况）优良中差工作态度情况（学生对毕业论文的认真程度、纪律及出勤情况）认真较认真一般不认真选题是否有变化有无选题变化原因目前存在的问题，拟采取解决问题的方案及措施对该同学阶段性工作的评价指导教师（签名）：年月日（此表一式两份，一份学院存档，一份交教务处实践科存档。）43 43'